b) Mỗi lần lóe sáng tụ điện phóng điện trong thời gian 5ms.Tính công suất phóng điện trung bình của tụ điện ? II.Ghép tụ. Cho bộ tụ được mắc như hình vẽ. Cho bộ tụ được mắc như hình vẽ..[r]
(1)THPT Ba Tơ Tụ Điện -11NC -Trang - Gv : Nguyễn Văn Tươi TỤ ĐIỆN – NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG
A CÁC CÔNG THỨC CƠ BẢN :
1 Điện dung tụ điện : ( F : fara )
2 Điện dung tụ điện phẵng : ( Tụ điện tròn S = .R2
) 3 Ghép tụ điện
+ Ghép song song ( k = 9.109 ) U = U1 = U2 = … = Un
Q = Q1 + Q2 + … + Qn + Ghép nối tiếp
C = C1 + C2 + … + Cn Q = Q1 = Q2 = … = Qn U = U1 + U2 + … + Un
n C C C C 1 1 1 1 ** Các điều lưu ý :
+ Tụ nối với nguồn mà thay đổi C : U = const Q thay đổi + Tụ ngắt khỏi nguồn mà thay đổi C : Q = const U thay đổi 4 Năng lượng tụ điện :
+ Năng lượng tụ điện: W =
2 1 QU = 2 1 C Q2 = 2 1 CU2
+ Năng lượng điện trường tụ điện phẵng: V
k E W
( V = S.d : thể tích khơng gian hai tụ )
+ Mật độ lượng điện trường :
V W k E
w
5.Định luật bảo toàn điện tích : Trong hệ lập điện,tổng đại số điện tích bảo tồn + Xét nút mạch,ta có : (qi)sau (qi)Truoc ( Bản dương lấy qi > ;bản âm lấy qi <0 ) Nếu ban đầu tụ chưa tích điện : (qi)sau 0
+ Điện lượng di chuyển qua dây dẫn nối với tụ : qq q'
Với : q,q’ điện tích trước sau tụ
( ** Đối với tốn có nhiều nguồn xét tổng điện tích nút kết hợp với PP chèn điểm cho U để giải ) 6.Tụ bị đánh thủng : ( Tụ bị đánh thủng xem tụ dây dẫn.)
+ Độ biến thiên lượng : W=Wsau Wdau ( W > : lượng tăng ; W< : lượng giảm ) + Năng lượng tiêu hao : AW+WTH q U. => WTH qU. W ( với q qsau qdau )
7.Tụ điện có lồng thêm vật : a) Vật điện môi :
+ Lồng theo chiều dọc : + Lồng theo chiều khoảng cách hai : l1 + + + + + +
C2 C1 d1 C1,C2,C3 mắc nối tiếp
l - - - d l2
C1& C2 mắc song song
2 2 1 l C l C l C
C3 d3
3 3 2 1 . d C d C d C d
C
b) Vật kim loai có bề dày a: khoảng cách hai tụ : d’ = (d – a )
8.Mạch vòng : + Mạch đối xứng :
C12 = C34 Thì bỏ nhánh C5 ( với
1 12 C C C C C ) + Mạch cầu :
4 C C C C
Thì chập M N thành điểm
BÀI TẬP VẬN DỤNG A.Tự luận :
I.Điện tích Hiệu điện Năng lượng tụ
Bài : Tụ phẳng không khí có điện dung C = 500pF tích điện đến HĐT U0 =300V Tính C,Q,U,W hai trường hợp sau : a) Vẫn nối tụ với nguồn,nhúng tụ vào chất điện mơi lỏng có =
b) Ngắt tụ khỏi nguồn ,nhúng tụ vào chất điện môi lỏng có =
C1 C2 M C5 C3 C4 N C = U Q d k S C C1
(2)THPT Ba Tơ Tụ Điện -11NC -Trang - Gv : Nguyễn Văn Tươi Bài : Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 1000pF khoảng cách hai tụ d = 1mm.Tích điện cho tụ HĐT 60V
a) Tính điện tích tụ điện cường độ điện trường tụ điện
b) Sau đó, ngắt tụ điện khỏi nguồn thay đổi khoảng cách d hai Hỏi ta tốn công tăng hay giảm d ?
Bài : Một tụ điện phẳng có điện mơi khơng khí; khoảng cách hai d=0,5 cm; diện tích 86cm 2 Mắc tụ vào nguồn điện có hiệu điện U= 50 V
a) Tính điện dung tụ điện điện tích tụ b) Tính lượng điện trường tụ điện
c) Nếu người ta ngắt tụ điện khỏi nguồn nhúng chìm hẳn vào điện mơi lỏng có số điện mơi ε= Tìm điện dung tụ hiệu điện tụ
d) Nếu người ta không ngắt tụ khỏi nguồn đưa tụ vào điện mơi lỏng có số điện mơi ε= Tính điện tích hiệu điện hai tụ
Bài : Tụ phẳng khơng khí có điện dung C0 = 2pF tích điện HĐT U0 = 600V a) Tính điện tích tụ ?
b) Đưa hai tụ xa để khoảng cách hai tụ tăng gấp đơi Tính C,Q,U tụ hai trường hợp sau : b ) Vẫn nối tụ với nguồn b2 ) Ngắt tụ khỏi nguồn
Bài : Một tụ phẳng khơng khí trịn bán kính 30cm,khoảng cách hai 5mm.Tính điện tích ,năng lượng ,mật độ lượng tụ điện nối với nguồn 500V
Bài : Hai tụ điện phẳng khơng khí ,có dạng hình trịn bán kính R = 5,65cm,khoảng cách hai d = 2mm.
a) Hiệu điện lớn hai tụ ? Biết điện trường lớn mà khơng khí chịu E = 3.105 V/m. b) Hỏi tích cho tụ điện điện tích lớn để tụ điện không bị đánh thủng ?
Bài :Một tụ điện có điện dung 24nF tích điện đến HĐT 240V có electron di chuyển đến tích điện âm tụ ?
Bài 8:Một tụ điện phẳng mà điện mơi có =2 mắc vào nguồn điện có hđt U=100 V; khoảng cách d=0,5 cm; diện tích 25 cm2
a) Tính mật độ lượng điện trường tụ
b) Sau ngắt tụ khỏi nguồn,điện tích tụ điện phóng qua lớp điện mơi tụ đến lúc điện tích tụ khơng Tính nhiệt lượng toả điện môi
Bài : Bộ tụ điện đèn chụp ảnh có điện dung 750F tích điện đến HĐT 330V a) Xác định lượng mà đèn tiêu thụ lần lóe sáng ?
b) Mỗi lần lóe sáng tụ điện phóng điện thời gian 5ms.Tính cơng suất phóng điện trung bình tụ điện ? II.Ghép tụ
Bài : Hai tụ điện có điện dung C1 = 2F ,C2 = 3F mắc nối tiếp a) Tính điện dung tụ ?
b) Tích điện cho tụ nguồn có HĐT 50V.Tính điện tích HĐT tụ ? Bài : ( làm lại với trường hợp mắc song song )
Bài : Cho tụ mắc hình vẽ Trong : C1 = C2 = C3 = 6F ; C4 = 2F ; C5 = 4F ; UAB = 12V a) Điện dung tương đương tụ
b) Điện tích hiệu điện tụ điện Đa : a)
Bài Cho tụ mắc hình vẽ Trong : C1 = C2 = C3 = 8F ; C4 = C5 = 12F ; q3 = 3.10-6C
a) Điện dung tương đương tụ
b) Điện tích hiệu điện tụ điện Đa :
Bài Cho tụ mắc hình vẽ Trong :C1 = 1F ; C2 = 3F ; C3 = 2F ; UAB = 12V Tính UMN : a) C4 = 6F
b) C4 = 2F Đa :
III.Định luật bảo tồn điện tích :
Bài 1: Tích điện cho tụ điện C1 = 20F HĐT 200V Sau , nối tụ C1 với tụ điện C2 = 100 F
(3)THPT Ba Tơ Tụ Điện -11NC -Trang - Gv : Nguyễn Văn Tươi Bài : Một tụ điện có điện dung C1 = F tích điện đến HĐT U1 = 300V , tụ điện khác có điện dung C2 = 2F tích điện đến HĐT U2 = 200V Sau tích điện người ta mắc hai tụ điện song song Tính HĐT điện tích tụ điện sau nối ?
Bài 3: Tích điện cho ba tụ điện C1= 1F,C2 = 3F,C3 = 6F HĐT 90V Sau ngắt tụ khỏi nguồn nối với thành mạch kín cho âm tụ nối với dương tụ kia.Tính HĐT hai tụ ? Điện lượng chạy qua chốt nối ?
IV.Tụ bị đánh thủng
Bài 1:Một tụ gồm tụ điện giống hệt nối tiếp tụ có C=10F nối vào hđt 100 V a) Hỏi lượng thay đổi tụ bị đánh thủng
b) Khi tụ điện bị đánh thủng lượng tụ bị tiêu hao phóng điện Tìm lượng tiêu hao V.Tụ lồng thêm vật khác.
Bài 1: Một tụ phẳng không khí trịn bán kính 30cm,khoảng cách hai 5mm. a) Tính điện tích tụ điện nối vơi nguồn 500V
b) Sau nối với nguồn tụ ngắt khỏi nguồn Người ta đưa vào hai tụ kim loại dày 1mm theo phương song song với tụ.Tìm điện hai tụ
c) Thay kim loại điện mơi dày 3mm có =6 Tìm HĐT hai tụ
Bài 2: Một tụ phẳng khơng khí dài l = 6cm có điện dung C0 = 6 F tích điện đến HĐT U0 = 500V.Một vật liệu có = đưa vào tụ điện đoạn x = 2cm theo chiều dài l Tính HĐT hai bàn tụ lượng tụ tích
TRẮC NGHIỆM 1 Điện dung tụ điện không phụ thuộc vào:
A Hình dạng, kích thớc hai tụ B Khoảng cách hai tụ
C Bản chất hai tụ D Chất điện môi hai b¶n tơ
2 Một tụ điện phẳng, giữ ngun diện tích đối diện hai tụ, tăng khoảng cách hai tụ lên hai lần A Điện dung tụ điện không thay đổi B Điện dung tụ điện tăng lên hai lần
C Điện dung tụ điện giảm hai lần D Điện dung tụ điện tăng lên bốn lần
3 Bốn tụ điện giống có điện dung C đợc ghép nối tiếp với thành tụ điện Điện dung tụ điện là:
A Cb = 4C B Cb = C/4 C Cb = 2C D Cb = C/2
4 Bốn tụ điện giống có điện dung C đợc ghép song song với thành tụ điện Điện dung tụ điện là:
A Cb = 4C B Cb = C/4 C Cb = 2C D Cb = C/2
5 Một tụ điện phẳng gồm hai có dạng hình trịn bán kính (cm), đặt cách (cm) khơng khí Điện dung tụ điện là:
A C = 1,25 (pF).B C = 1,25 (nF) C C = 1,25 (μF) D C = 1,25 (F)
6 Một tụ điện phẳng gồm hai có dạng hình trịn bán kính (cm), đặt cách (cm) khơng khí Điện trờng đánh thủng khơng khí 3.105(V/m) Hệu điện lớn đặt vào hai cực tụ điện là:
A Umax = 3000 (V) B Umax = 6000 (V) C Umax = 15.103 (V) D Umax = 6.105 (V)
7 Một tụ điện phẳng đợc mắc vào hai cực nguồn điện có hiệu điện 50 (V) Ngắt tụ điện khỏi nguồn kéo cho khoảng cách hai tụ tăng gấp hai lần
A Điện tích tụ điện khơng thay đổi B Điện dung tụ điện tăng lên hai lần C Điện tích tụ điện giảm hai lần D Điện dung tụ điện tăng lên bốn lần
8 Một tụ điện phẳng đợc mắc vào hai cực nguồn điện có hiệu điện 50 (V) Ngắt tụ điện khỏi nguồn kéo cho khoảng cách hai tụ tăng gấp hai lần hiệu điện hai tụ có giá trị là:
A U = 50 (V) B U = 100 (V) C U = 150 (V) D U = 200 (V)
9 Hai tụ điện có điện dung C1 = 0,4 (μF)., C2 = 0,6 (μF) ghép song song với Mắc tụ điện vào nguồn điện có hiệu điện
U < 60 (V) hai tụ điện có điện tích 3.10-5 (C) Hiệu điện nguồn điện là:
A U = 75 (V) B U = 50 (V) C U = 7,5.10-5 (V). D U = 5.10-4 (V).
10 Bé tơ ®iƯn gåm hai tơ ®iƯn: C1 = 20 (μF)., C2 = 30 (μF) m¾c nèi tiếp với nhau, mắc vào hai cực nguồn ®iÖn cã hiÖu ®iÖn thÕ
U = 60 (V) Điện tích tụ điện là:
A Q1 = 3.10-3 (C) vµ Q2 = 3.10-3 (C) B Q1 = 1,2.10-3 (C) vµ Q2 = 1,8.10-3 (C)
C Q1 = 1,8.10-3 (C) vµ Q2 = 1,2.10-3 (C) D Q1 = 7,2.10-4 (C) vµ Q2 = 7,2.10-4 (C)
11 Bé tơ ®iƯn gåm hai tơ ®iƯn: C1 = 20 (μF)., C2 = 30 (μF) m¾c nèi tiÕp víi nhau, mắc vào hai cực nguồn điện có hiƯu ®iƯn thÕ
U = 60 (V) HiƯu ®iƯn tụ điện là:
(4)THPT Ba Tơ Tụ Điện -11NC -Trang - Gv : Nguyễn Văn Tươi
C U1 = 36 (V) vµ U2 = 24 (V) D U1 = 30 (V) vµ U2 = 30 (V)
12 Bé tơ ®iƯn gåm hai tơ ®iƯn: C1 = 20 (μF).), C2 = 30 (μF).) m¾c song song víi nhau, mắc vào hai cực nguồn điện có hiƯu
®iƯn thÕ U = 60 (V) HiƯu ®iƯn tụ điện là:
A U1 = 60 (V) vµ U2 = 60 (V) B U1 = 15 (V) vµ U2 = 45 (V)
C U1 = 45 (V) vµ U2 = 15 (V) D U1 = 30 (V) vµ U2 = 30 (V)
13 Bé tơ ®iƯn gåm hai tơ ®iƯn: C1 = 20 (μF)., C2 = 30 (μF) m¾c song song víi nhau, mắc vào hai cực nguồn điện có hiệu ®iƯn
thÕ U = 60 (V) §iƯn tÝch cđa tụ điện là:
A Q1 = 3.10-3 (C) vµ Q2 = 3.10-3 (C) B Q1 = 1,2.10-3 (C) vµ Q2 = 1,8.10-3 (C)
C Q1 = 1,8.10-3 (C) vµ Q2 = 1,2.10-3 (C) D Q1 = 7,2.10-4 (C) Q2 = 7,2.10-4 (C)
Năng lợng điện trêng
14 Một tụ điện phẳng có điện dung C, đợc mắc vào nguồn điện, sau ngắt khỏi nguồn điện Ngời ta nhúng hoàn toàn tụ điện vào chất điện mơi có số điện mơi ε Khi điện tích tụ điện
A Khơng thay đổi B Tăng lên ε lần C Giảm ε lần D Thay đổi ε lần
15 Một tụ điện phẳng có điện dung C, đợc mắc vào nguồn điện, sau ngắt khỏi nguồn điện Ngời ta nhúng hồn tồn tụ điện vào chất điện mơi có số điện mơi ε Khi hiệu điện hai tụ điện
A Không thay i B Tng lờn ln
C Giảm lần D Tăng lên giảm tuỳ thuộc vào lớp điện môi
16 Mt t in cú điện dung C = (μF) đợc mắc vào nguồn điện 100 (V) Sau ngắt tụ điện khỏi nguồn, có q trình phóng điện qua lớp điện mơi nên tụ điện dần điện tích Nhiệt lợng toả lớp điện môi kể từ bắt đầu ngắt tụ điện khỏi nguồn điện đến tụ phóng hết điện là:
A 0,3 (mJ) B 30 (kJ) C 30 (mJ) D 3.104 (J).
17 Một tụ điện khơng khí phẳng mắc vào nguồn điện có hiệu điện U = 200 (V) Hai tụ cách (mm) Mật độ l ợng điện trờng tụ điện là:
A w = 1,105.10-8 (J/m3). B w = 11,05 (mJ/m3). C w = 8,842.10-8 (J/m3) D w = 88,42 (mJ/m3).
18 Hai tụ điện phẳng hình trịn, tụ điện đợc tích điện cho điện trờng tụ điện E = 3.105 (V/m) Khi đó
®iƯn tÝch tụ điện Q = 100 (nC) Lớp điện môi bên tụ điện không khí Bán kính tụ là:
A R = 11 (cm) B R = 22 (cm) C R = 11 (m) D R = 22 (m)
19 Có hai tụ điện: tụ điện có điện dung C1 = (μF) tích điện đến hiệu điện U1 = 300 (V), tụ điện có điện dung C2 = (μF) tích
điện đến hiệu điện U2 = 200 (V) Nối hai mang điện tích tên hai tụ điện với Hiệu điện th gia cỏc bn t
điện là:
A U = 200 (V) B U = 260 (V) C U = 300 (V) D U = 500 (V)
20 Một tụ điện gồm 10 tụ điện giống (C = (μF).) ghép nối tiếp với Bộ tụ điện đợc nối với hiệu điện không đổi U = 150 (V) Độ biến thiên lợng tụ điện sau có tụ điện bị đánh thủng là:
A ΔW = (mJ) B ΔW = 10 (mJ) C ΔW = 19 (mJ) D ΔW = (mJ)
21 Một tụ điện có điện dung C = (μF) đợc tích điện, điện tích tụ điện 10-3 (C) Nối tụ điện vào acquy suất điện động
80 (V), điện tích dơng nối với cực dơng, điện tích âm nối với cực âm acquy Sau cân điện A lợng acquy tăng lên lợng 84 (mJ) B lợng acquy giảm lợng 84 (mJ)